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Schweißen von Aluminium

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Schutzgasschweißen von Aluminium

Anwendungstechnische Hinweise zum Schutzgasschweißen von Aluminium

Der Einsatz von Aluminium und seinen Legierungen nimmt ständig zu. Auch in der Zukunft ist mit einem überproportionalen Zuwachs und der Substitution von Stahl speziell, aber nicht nur, im Mobilitätsbereich zu rechnen. Die steigenden Energiekosten machen den Leichtbau zunehmend wirtschaftlich. Dies führt dazu, dass Fertigungsbetriebe von der Verarbeitung von Stahl auf Aluminium umsteigen oder direkt Aluminiumverarbeiter neu entstehen.

Da die Fertigungsprozesse und die verwendeten Begriffe von Stahl oft nur wenig abweichen, werden allzu oft grundlegende Fehler in der Verarbeitung gemacht, welche zu teurer Nacharbeit, Ausschuss und Terminverzug führen. Tatsächlich sind viele Eigenschaften von Aluminium geradezu entgegengesetzt zu Stahl und deren Kenntnis ist für eine sichere Verarbeitung unbedingt nötig.

 

Physikalische Größen von chemisch reinem Aluminium (im Vergleich zu Eisen)

EigenschaftenEinheitAlFeVerhältnis
Atomgewicht[g/Mol]26,98 55,84≈ 1 zu 2
Kristallgitter kubisch flächenzentriertkubisch raumzentriert 
Dichte[g/cm³]2,707,87≈ 1 zu 3
Elastizitätsmodul[Gpa]67210≈ 1 zu 3
Ausdehnungskoeffizient[1/K]24 • 10-612 • 10-6≈ 2 zu 1

Rp0,2

[MPa]≈ 10≈ 100≈ 1 zu 10
Zugfestigkeit Rm[MPa/]≈ 50≈ 200≈ 1 zu 4
Spezifische Wärme[J/kg•K]≈ 890≈ 460≈ 2 zu 1
Schmelzwärme[J/g]≈ 390≈ 272≈ 1,5 zu 1
Schmelztemperatur[°C]6601536≈ 1 zu 1,5
Wärmeleitfähigkeit[W/m•K]23575≈ 3 zu 1
Elektrische Leitfähigkeit[m/Ω•mm²]38≈ 10≈ 4 zu 1
Oxide Al2O3FeO / Fe2O3 / Fe3O4 
Schmelztemperatur der Oxide[°C]20501400 / 1455 / 1600bei Fe ähnlich dem Metall
bei Al ca. 3x so hoch
Dichte der Oxide[g/cm³]3,895,7 / 5,24 / ≈ 5Fe-Oxide sind leichter als Metall;
Al-Oxide schwerer

 

Auswirkungen der Unterschiede in den physikalischen Größen von Stahl zu Aluminium auf das Schmelzschweißen

Die Unterschiede in Dichte, Elastizitätsmodul und der Festigkeit sind für das praktische Schweißen kaum von Relevanz, natürlich jedoch für die Konstruktion der Bauteile.

Die gute elektrische Leitfähigkeit von Aluminium kann zu Schwierigkeiten beim Zünden des Lichtbogens führen und die ebenso hohe Wärmeleitfähigkeit zu Bindefehlern am Nahtanfang und zu vorlaufender Schweißwärme. Auf diese Aspekte wird in weiterer Folge detailliert eingegangen. Die gute Wärmeleitfähigkeit kann ebenso zu einer starken Erwärmung von Schweißvorrichtungen und damit zu Dimensionsabweichungen führen, denen mit einer entsprechend stabilen Ausführung und eventuell einer zusätzlichen Kühlung begegnet werden muss. Grundsätzlich führen hohe Wärmeleitfähigkeit und Ausdehnungskoeffizient zu einem stärkeren Verzug beim Schweißen von Aluminium. Dies ist in Konstruktion und im Vorrichtungsbau zu berücksichtigen.

Ein ganz besonderes Augenmerk ist auf die Oxidschicht und die Löslichkeit von Wasserstoff zu richten.

Oxidschicht
Löslichkeit von Wasserstoff
Oberflächenbehandlung vor dem Schweißen
Schutzgasschweißen von Aluminium
Drahtförderung
Zünden des Lichtbogens
Keine oder zu geringe Aufschmelzung am Nahtanfang und Füllen des Endkraters am Nahtende
Schwarzer Niederschlag auf und neben der Naht
Besonderheiten beim Schutzgasschweißen
Vorwärmen und Zwischenlagentemperatur
Anodisieren (Eloxieren)
Schweißnahtfehler und ihre Vermeidung

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